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乘风破浪的多核CPU

长时间告别“话题中心”的CPU市场,最近发生了几件大事:

1月初的时候,AMD正式公布了锐龙 4000系列移动处理器,除了呼声最高的“Zen 2”架构,还将移动处理器带入了7nm时代。
6月份的苹果WWDC上, 向外界披露了Arm 架构 Mac 计算机的大量细节,苹果与英特尔长达15年的合作将在Mac“变芯”后终结。
知名市场调研机构IDC也没闲着,趁势发布了《多核CPU发展趋势白皮书》,指出多核心是CPU提升性能、降低能耗的必然选择。

看似缺少直接关联的三件大事,却让外界窥见了移动CPU市场的现状:引领创新的旗手已经悄然换了人选,大客户对“挤牙膏”式的创新失去了耐心,而市场对移动处理器的大方向又前所未有的笃定。

一连串的大事件背后,“年龄偏高”的CPU似乎正在迎来乘风破浪的新时代。

01 多核化与“性能战争”

对于移动CPU市场的暗涌,第三方调研机构IDC在白皮书中给出了这样的观点:

“盘点近十年主流移动CPU的发展历程,核心数常年徘徊在双核和四核,随着制程工艺、架构的升级,主流移动CPU的核心数已经提升至八核,未来低功耗、高性能的多核CPU将成为评价CPU综合性能的最直接 、最鲜明的指标 。”

单从字面上看,IDC并没有解释移动CPU市场为何会出现变局,仅仅是对多核化的趋势进行了注解。如果对CPU的进化史稍作了解,理解了CPU市场长期存在的“性能战争”,以及英特尔与AMD此消彼长的赛点,就不难找到答案。

从1971年第一块微处理器4004诞生开始,性能一直是CPU市场的标杆,也由此开启了长达34年的“主频大战”,CPU的主频一路从KHz走到MHz,再然后是越过GHz的终点线。主频不仅主导了CPU的技术路线,也潜移默化的影响了消费者的认知,即便是知识储备不足的数码小白,都知道看主频性能选CPU。

可一味地提高主频显然是不可持续的,主频越来越高意味着功耗越来越高、发热也越来越严重,终究是一条死胡同。于是从2006年开始,英特尔和AMD纷纷转向多核产品的研发,采用多核设计的CPU性能可以轻松超越过高主频的单核产品,并且在发热和功耗上都有着无可比拟的优势。

在英特尔和AMD的角力下,短短三年半的时间就完成了从单核到双核再到四核的跨越,可在此之后几乎陷入了停滞。特别是在移动CPU市场,直到2019年四核都还是CPU的主流配置,再次回到了提高主频来提升性能的老路。

问题出在了制程工艺上。按照物理学规律,CPU的制程工艺越小,意味着单个晶体管的尺寸越小,同样的内核面积可以放下更多的晶体管,同样的空间内可以增加更多内核;同时制程工艺越小,元件的电容就越小,电流在晶体管中的传输距离越短,CPU的主频可以进一步提升,功耗也能不断降低。

也就是说,CPU的“性能战争”开始变得多元化,主频不再是唯一的衡量标准,CPU架构所决定的IPC性能、工艺制程上的优先级等都将左右CPU的“战斗力”。

英特尔和AMD的命运转折点也在于此,前者仍然止步于14nm制程的时代,10nm工艺尚未进入到量产阶段;后者的锐龙 4000系列已经抢先迈过7nm工艺制程的门槛,移动CPU的核心数也升级到了八核。

02 市场端的二次加速

至少苹果已经开始用脚投票。

抛弃英特尔选择自研,表面上的原因是进一步打通苹果的应用生态,并画出了Mac电脑上兼容iOS和iPadOS应用的大饼。同时也出现了另一种声音:“英特尔过去几年在芯片上的进步并不明显,尤其是10nm芯片制程上的频繁跳票,作为大客户苹果自然不愿意这样一直陪英特尔耗下去。”

苹果可能不是唯一有这种想法的PC厂商。

早在2008年第三季度时,美国市场笔记本电脑的出货量就首次超过台式机,到了2016年全球笔记本电脑的出货量达到15.7亿台,市场销量全面超越台式机,并逐步衍生出了轻薄本、游戏本、商务本等多个细分品类。

IDC也在《多核CPU发展趋势白皮书》中针对笔记本厂商的诉求进行了深入调研,并细分为平面设计、3D渲染、视频剪辑、游戏、移动办公类和直播六类场景,几乎囊括了当下笔记本电脑的主流应用场景。其中和移动CPU相关的用户诉求和性能偏好,大致可以归纳为两个维度:

一是对CPU性能的苛刻需求。平面设计场景中80%的用户对多核CPU有较高需求,3D渲染、视频剪辑、游戏和直播场景对多核CPU的需求度普遍在60%以上。在这样一份市场调研数据面前,有关笔记本电脑性能过剩的说法俨然站不住脚,同时也在倒逼英特尔、AMD等玩家持续优化多核架构,需要不断优化性能功耗比提升稳定性,在某种程度上预示着制程工艺将成为移动CPU的分水岭。

二是对GPU性能的需求提升。无论是平面设计、3D渲染还是游戏、直播,越来越多的应用场景考验着显卡性能,而笔记本电脑本身又在朝轻薄化的方向演讲,集成显卡正逐步替代独立显卡的定位。利好的一幕是,一些移动CPU的集成显卡已经可以匹敌中低端独显。也为移动CPU的集成能力提出了新的考验:如何同时降低GPU的空间占用和能耗,同样在逼问移动CPU的制程和集成能力。

与之对应的一幕是,华硕、联想、Dell等先后在传统产品线的基础上,推出了针对新场景和新用户的轻薄笔记本、游戏笔记本,对移动CPU的需求开始强调核心数、稳定性、低功耗和性价比。折射到市场层面,在核心数、制程工艺、性价比等方面占优势的AMD已经成为笔记本电脑厂商的新宠儿。

同样做出选择的还有在操作系统层面掌控着话语权的微软,据最新的基准测试软件显示,微软正在测试搭载Ryzen 7 4800U和Ryzen 5 4500U处理器的下一代Surface Laptop,预示着对多核处理器的软件优化已经提上日程。

03 行业正在重新洗牌

种种信号显示,移动CPU市场正在迎来新的变局。

或许在市场份额上,英特尔依然是短时间内无法超越的“庞然大物”,不仅体量远超AMD,营收、市值、渠道等都大幅领先于AMD。只是在蓝色巨人统治下的CPU市场,早已有了死气沉沉的迹象。

把时间拨回到2015年8月,风头正盛的英特尔发布了代号“Skylake”的新一代CPU系统架构,虽然彼时的i7产品线延续了四核八线程的规格,却也宣告英特尔正式进入到14nm制程的时代。

如果遵循英特尔在2007年提出的Tick-Tock模式,每两年进行一次制程工艺的进步,在2017年就应该量产10nm工艺的芯片。出乎预料的是,英特尔此后的架构和制程陷入了创新停滞的困境,尽管每年CPU的性能仍有小幅度提升,不过是走回了提高主频、增加线程数量的老路。逃票5年之久的10nm制程,至今都还处于酝酿阶段。

英特尔的迟缓,成了AMD全面翻盘的机会。

2017年,市场没等到英特尔10nm制程的芯片,但等来了AMD采用全新ZEN 架构的处理器锐龙(Ryzen),在核心数量上比英特尔有着绝对优势,同时汲取了“Bulldozer”架构的教训,在功耗上比同级别的英特尔处理器更低。

让英特尔始料未及的是,升级后的ZEN 2架构,在性能上已经不输于Skylake,与台积电合作的7nm工艺在核心数、能耗方面表现出色,AMD撬开了原本被英特尔独占的笔记本市场。一组对比数据显示:AMD采用“Zen 2”架构的移动CPU,低压型号的性能就足以和英特尔的标压产品对抗,而且标压型号的处理器同样有8—10小时的续航,同等性能的英特尔处理器续航可能不足三个小时。

相似的情景发生在2004年,时任英特尔CEO克瑞格·贝瑞特在一场行业会议上为奔腾4的取消上市下跪道歉,背景是英特尔决定淡化一味提升主频的做法,避免最后沦为AMD的追随者。结果是幸运的,CPU行业走向了多核化,英特尔也成功捍卫了在处理器市场的份额和行业地位。

只是当AMD再次跑在了英特尔的前面,并在笔记本领域大肆抢夺市场份额的时候,英特尔还能再次上演神话吗?摆在英特尔眼前的棘手问题可能还是10nm的制程,毕竟AMD与台积电推进5nm芯片的消息此起彼伏,留给英特尔的时间并不宽裕。

有如IBM、德州仪器等玩家的落幕,这个市场从来都不存在所谓的稳定与平衡,有人崛起,有人失势,近乎常态。

04 写在最后

回到用户的立场上,移动CPU市场的风云变幻终归不是个坏消息。

技术赛道的较量本就充满不确定性,押对了方向不难逆风翻盘,做错了决策也可能面临濒死时刻。曾经的AMD也曾命悬一线,被迫“卖楼”来寻求研发资金。当下的英特尔俨然还没有被逼到绝境,仍然存在被AMD刺痛后重整旗鼓的可能。

正是在这种互相威胁互相较量中,CPU行业在过去四十多年中破浪前行,当多核化再次成为市场共识,AMD倒逼英特尔进行创新的时候,或许也是CPU行业又一次乘风破浪,迈向下一个高光时刻的新起点。

注:部分数据引自IDC《多核CPU发展趋势报告》

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